南堡凹陷東營組地層水特征及油氣勘探意義

南堡凹陷東營組地層水特征及油氣勘探意義

油田是油氣田的儲存載體。其元素的地球化學(xué)和親和力反映了油氣田和氣田的一些信息，如氣田、氣田和氣田。油田地層水研究是石油地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的熱點和難點問題。國內(nèi)外許多研究者對油田地層水的成因、控制機理、元素地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)、含油氣盆地地下水動力場和水化學(xué)場開展了研究,并試圖尋找其與油氣運聚和保存條件間的聯(lián)系,取得了許多重要研究成果。筆者根據(jù)渤海灣盆地南堡凹陷陸地地區(qū)各油氣田大量地層水分析測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,結(jié)合近年來油氣勘探成果,探討油田地層水化學(xué)特征與油氣保存條件的關(guān)系,結(jié)合斷裂活動性和油氣成藏條件分析,利用油田水化學(xué)剖面分析斷層封堵性,對研究區(qū)油氣勘探具有現(xiàn)實意義。1構(gòu)造—地質(zhì)背景南堡凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷北部,是在中新生代疊合盆地基礎(chǔ)上,經(jīng)多幕裂陷作用演化而形成的新生代富油氣凹陷。凹陷西北部與燕山臺褶帶相連,受西南莊邊界斷層控制,東北部受柏各莊邊界斷層和高柳斷層雙重控制,南部與沙壘田凸起相連,盆內(nèi)主要發(fā)育走向北東的正斷層和大量淺層小型斷層(圖1)。目前凹陷內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的油氣主要位于古近系東營組和沙河街組,新近紀油藏的形成多與晚期斷裂活動有關(guān)。多幕式構(gòu)造活動、多期次生排烴過程形成了豐富的構(gòu)造—巖性油氣藏。油氣勘探成果證實,凹陷內(nèi)部斷層活動性、區(qū)域蓋層分布與油氣成藏關(guān)系密切。地層水的化學(xué)特征參數(shù)包含著油氣藏成藏背景的重要信息。一般保存條件較好的油氣藏,其地層水礦化度較高、變質(zhì)系數(shù)[r(Na)/r(Cl)]和脫硫系數(shù)[r(SO4)×100/r(Cl)]較低、氯鎂系數(shù)[r(Cl)/r(Mg)]較高。但同時地層水化學(xué)參數(shù)受到構(gòu)造運動、大氣降水、蓋層特征和沉積環(huán)境等多種因素影響。對凹陷北部北堡、老爺廟、高尚堡等3個油田45口鉆井近372個古近系東營組地層水樣品的分析結(jié)果表明,凹陷地層水化學(xué)特征與油氣保存關(guān)系密切,對斷裂活動、蓋層和淺層油氣成藏具有示蹤意義。2地層水化學(xué)特征與油氣儲存條件研究中篩選和統(tǒng)計的地層水化學(xué)特征參數(shù)包括:總礦化度(DTS)、水型、主導(dǎo)陰陽離子及各種特征組合參數(shù),如變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)和氯鎂系數(shù)。2.1礦化度及保存條件據(jù)北堡、老爺廟和高尚堡等3個油田的統(tǒng)計資料,南堡凹陷東營組地層水以K++Na+,HCO-3,C1-,SO2?442-為主,其次為Ca2+,Mg2+及CO2?332-,總體屬于NaHCO3型水,反映了具有一定自由交替水存在的半封閉環(huán)境?？偟V化度(DTS)為4087～23739mg/L,平均為11517mg/L,屬于中等偏低礦化度型水,但遠低于35000mg/L的海水礦化度,大約在2000～2500m深度范圍(即新近系館陶組底界深度)內(nèi)礦化度隨深度有快速增大趨勢;在2500～4000m深度范圍內(nèi)礦化度總體較高,顯示東營組油氣保存條件良好(圖2)。除北堡地區(qū)礦化度隨深度增大逐漸減小外,老爺廟和高尚堡地區(qū)的礦化度平均值及K++Na+,HCO-3,SO質(zhì)量濃度隨深度增大而增加,總體屬于正向水化學(xué)剖面,C1-,Ca2+,Mg2+質(zhì)量濃度隨深度變化較大(表1)。從礦化度數(shù)據(jù)分析,北堡地區(qū)油氣保存條件明顯好于老爺廟和高尚堡地區(qū),這與北堡地區(qū)存在3套良好的區(qū)域性蓋層、斷裂活動性弱有密切關(guān)系。2.2地層水化學(xué)特征變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)和氯鎂系數(shù)能夠提供油氣保存條件的相關(guān)信息。地層水越濃縮,脫硫系數(shù)和變質(zhì)系數(shù)越小,氯鎂系數(shù)越大,表明還原環(huán)境越強,地層水封閉性越好,對油氣保存越有利。3個油田的地層水化學(xué)特征參數(shù)顯示,北堡地區(qū)的古近系東營組和新近系館陶、明化鎮(zhèn)組的平均變質(zhì)系數(shù)為0.56,均小于老爺廟的0.62和高尚堡的0.74;脫硫系數(shù)基本相近,在18.34～20.38之間;氯鎂系數(shù)老爺廟地區(qū)最高,平均為148.54,其次為北堡和高尚堡(表1)?？傮w特征仍然反映北堡地區(qū)油氣保存條件最好,其次為老爺廟和高尚堡地區(qū)。3地質(zhì)背景及地質(zhì)意義利用地層水化學(xué)參數(shù)剖面,結(jié)合斷層活動性和油氣生排烴史分析來判別斷層封堵性是一種新的嘗試。南堡凹陷主要發(fā)育近北東向的主干斷層和次級分支斷層。大部分分支斷層發(fā)育于東營組三段沉積以后,對中淺層油氣輸導(dǎo)和成藏具有明顯控制作用;斷層活動性受主干斷層控制,主要活動期在館陶組和東營一段、二段沉積期,同一分支斷層的活動性呈西強東弱的特點。沙河街組烴源巖在東營組沉積期大部進入生烴高峰,東營組的油氣主要在館陶組末期充注成藏,新近系油氣主要在明化鎮(zhèn)組沉積期以來充注成藏。礦化度垂向剖面揭示,在北堡和老爺廟地區(qū),由于斷層不發(fā)育,加上館陶組和東二段巨厚泥巖的覆蓋,礦化度和地化特征參數(shù)均顯示了較好的油氣保存條件,含油層段礦化度普遍較高,變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)和氯鎂系數(shù)較低。而在高尚堡地區(qū),由于斷裂發(fā)育,加上蓋層條件差,深部顯示礦化度低,變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)較高,氯鎂系數(shù)較低。但在東營組三段的礦化度明顯偏高,與高柳斷層在東營組活動,導(dǎo)致深部高礦化度流體向上流動有關(guān)(圖3,表1)。以高柳和高北斷層為例,利用生長指數(shù)法和斷層落差法計算活動速率表明,高柳斷層在東三段和東一段活動較為強烈,高北斷層在沙一段和東三段活動強烈。斷層兩側(cè)鉆井地層水地化特征參數(shù)剖面資料顯示(圖4),高柳斷層在東一段、東三段變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)呈現(xiàn)較高值,而氯鎂系數(shù)呈現(xiàn)較低值特征,表明斷層在東一段和東三段沉積期活動強烈,兩側(cè)地層水可以穿過斷層實現(xiàn)離子交換,達到相對平衡的地層水礦化度和離子質(zhì)量濃度。東二段沉積時期斷層處于封閉狀態(tài),呈現(xiàn)礦化度高、變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)低、氯鎂系數(shù)高的特點。高北地區(qū)由于受到后期抬升剝蝕以及大氣淡水影響,淺層館陶組、東三段和沙一下亞段地層水的變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)呈現(xiàn)較高值,而氯鎂系數(shù)呈現(xiàn)較低值特征,與高北斷層在東三段和沙一下亞段強烈活動有關(guān)。沙二段以下區(qū)域蓋層發(fā)育,斷層封閉性增強,地層水礦化度逐漸增高,變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)逐漸減小,而氯鎂系數(shù)逐漸增高,顯示地層封閉能力增強、油氣保存條件變好。上述結(jié)論對確定南堡凹陷油氣勘探方向具有指導(dǎo)意義。在新近系區(qū)域性蓋層發(fā)育區(qū),配合主干斷裂和淺層分支斷裂發(fā)育帶,是淺層油氣勘探的重要領(lǐng)域;而在東二段和沙三段區(qū)域性蓋層發(fā)育區(qū),主干油源斷裂帶附近應(yīng)是中深層油氣勘探的主要戰(zhàn)場。5礦化度分布情況油田地層水的元素地球化學(xué)和同位素特征包含了油氣生成、運移和聚集過程中地球化學(xué)場和動力場的某些信息,同時也為斷層的油氣運移通道提供了良好的地球化學(xué)判別依據(jù)。南堡凹陷東營組地層水以K++Na+,HCO-3,C1-,SO2?442-為主,其次為Ca2+,Mg2+及CO2?332-,總體屬于NaHCO3型水,反映了具有一定自由交替水存在的半封閉環(huán)境?？偟V化度為4087～23739mg/L,平均為11517mg/L,屬于中等偏低礦化度型水,在2500～4000m深度范圍內(nèi)礦化度總體較高,顯示東營組